Вопросам повышения эффективности лесозаготовок в современной научной литературе уделяется достаточно много внимания. Считается, что эффективность лесозаготовок зависит от организационных, экономических, технико-экономических, эргономических и экологических факторов [1]. Таким же образом в эффективности лесозаготовок можно выделить три составляющие: экономическую, экологическую и социальную [2].
При этом ряд авторов отмечает парадоксальную ситуацию: с одной стороны, лесозаготовка отличается самой низкой рентабельностью во всей лесной отрасли, а с другой стороны, она определяет эффективность функционирования всего лесопромышленного комплекса [3, 4]. Естественно, возникает вопрос, каким образом оценивать эффективность лесозаготовок, по какому критерию или их группе, как определить оптимальный набор критериев эффективности.
В современной литературе описаны различные подходы выявления отдельных составляющих эффективности, например, эффективности использования лесозаготовительных машин [5]. В качестве оценки эффективности организации лесосечных работ в разное время было предложено использовать показатели загруженности лесных машин [6], критерии удельной энергоемкости и удельной трудоемкости [7], эффективности сбора биомассы и повреждения почвы [8], экономические показатели лесозаготовительного предприятия [9] или объем затрат [10].
За рубежом об эффективности лесозаготовок говорят в контексте энергоэффективности и достижения целей углеродной нейтральности [11, 12], социально-экономических [13] и экологических эффектов [14].
Таким образом, очевидно, что существует много подходов к оценке эффективности лесозаготовительного производства, которые отличаются уровнем агрегации, ориентации на объект исследования, региональными особенностями и т.д. Этим объясняется и подход, который демонстрируют некоторые исследователи, используя терминологию «эффективность, по критерию…».
Целью данной статьи является представление подхода к формированию интегрального критерия эффективности через соответствующие локальные критерии эффективности.
Подходы к представлению системного описания
В общем случае задача определения интегрального критерия эффективности может быть решена с позиции многокритериального анализа. Так, успешно может быть использован алгоритм поиска наилучших альтернатив. Другой альтернативой является анализ иерархий, ранжирование и построение дерева целей [15].
В качестве критериев используют показатели «производительность», «эффективность производственного цикла», «уровень автоматизации», «уровень механизации», «уровень экологичности рубок», каждый из которых рассчитывается по своим формулам [16].
Так, был предложен подход разложения интегрального показателя эффективности в набор действий его достижения через систему локальных целей. В этом случае конечную цель можно представить в виде системы локальных целей, а связь между такой локальной целью gi и действием pj по ее достижению – в виде множеств Sp пар (gi, pj). При этом для формирования дерева целей использовался текстовый процессор TextAnalyst 2.01 и программная оболочка PROTÉGÉ для формирования онтологии [17].
Использование данного подхода позволяет в автоматизированном режиме сформировать и наполнить предметную область через выявление основных понятий, их ранжирования и построения дерева терминов. Основной проблемой является выбор исходных текстов для анализа и их релевантность.
В научной литературе описаны подходы к построению многоязычного онтологического ресурса [18], в том числе через автоматическое создание тематических онтологий [19].
При этом очевидно, что в случае сложной иерархической системы добиться полного представления системного описания и учета всех системных свойств и внутренних связей не представляется возможным.
Проблемами построения системного описания абстрактных сложных систем занимались многие исследователи, среди которых необходимо прежде всего вспомнить А.И. Уемова и Ю.А. Урманцева [20]. Согласно их представлениям рассматриваемую эргатическую систему управления (ЭСУ) удобно представить в виде классической абстрактной системы с описанием в виде системной триады:
S = <Ф, Н, L>,
где Ф – множество подсистем ЭСУ, Н – множество связей, L – множество правил. Множество L может быть заменено на множество структур Str (неизменная часть декомпозируемой системы), обеспечивая организованность системы.
Таким образом может быть представлена основа системного описания объекта и заложена основа для концептуального моделирования.
Методология представления системного описания эффективности
В ходе проведенного анализа известных подходов к достижению эффективности было установлено, что в силу нечеткости многих понятий и терминов, субъективизмом экспертов, принимаемых допущений и огромного количества внешних варьирующих факторов на сегодня четкий оптимальный алгоритм по достижению эффективности представить не представляется возможным. Тогда есть смысл представить некий эвристический алгоритм, обеспечивающий определенное обобщенное решение.
В качестве базового системного описания представим
где Ф – множество подсистем ЭСУ, Н – множество связей, L – множество правил, Q1 – множество начальных состояний, Z – множество воздействия, Q2 – множество конечных состояний.
Особенностью данного представления является то, что рассматриваемая система включает в себя две составляющие: структурную <Ф, Н, L> и динамическую <Q1, Z, Q2>. Структурная составляющая описывает устройство системы на различных уровнях иерархии и множество связей, а динамическая составляющая – структурные изменения системы.
В соответствии с данной идеологией представим модель технологической лесозаготовительной машины в виде таких двух триад, связанных одной вершиной G (рис. 1).
Рис. 1. Система триад
Тогда система триад в общем виде будет выглядеть следующим образом:
где Ф – базовые элементы системы, W – системные свойства, G – набор целей, g – множество локальных целей, P – множество действий для достижения локальных целей. Элементы триады <G, g, P> определяют алгоритм достижения целей (рис. 2).
Структура целей может быть представлена согласно известному подходу построения дерева целей для проектирования лесных машин [17].
Рассмотрим базовую структурную триаду и представим каждый ее элемент:
Ф = <человек-оператор, лесная машина, предмет труда> определяет набор основных элементов системы;
W = <валка дерева, обрезание сучьев, раскряжевка, погрузка, транспортировка>;
G = <повышение производительности, снижение затрат, повышение безопасности>.
В соответствии с известной концепцией развития системных триад [21] добавим дополнительные элементы: Н – отношения между базовыми элементами системы; Str – множество структур, обеспечивающих функционирование системы (варианты технологических комплексов); Г – множество параметров базовых элементов (массогабаритные размеры технологической лесозаготовительной машины, колесная формула, тип рубки, опыт оператора.
С другой стороны, в идеологии развития системы дополним триаду <G, g, P> элементами C – множество стратегий развития (инвестиционные, технологические, организационные), R – множество ресурсов (топливно-энергетические, трудовые, технические и т.д.), F – множество функций (проектирование лесозаготовительной машины, управление лесозаготовительной машиной, обучение персонала, адаптация и т.д.).
Пересечение отрезков HW и ФГ в точке K формирует новые триады, в которых К – множество вариантов конструкций (конфигурации, архитектуры), а пересечение отрезков gR и CP в точке A – триады, в которых A – множество алгоритмов.
Аналогичным образом соединение вершин Ф и g, Str и F, а также W и P приводит к образованию новых триад. Так, можно рассматривать, например, триаду <G, W, P>, которую можно трактовать как «элементарные действия, обеспечивающие реализацию системных свойств в части достижения конечной цели».
Кроме того, при необходимости можно раскрыть каждый элемент базовой структурной триады Ф, например, представив системное описание самого человека-оператора, определив основные его характеристики, их взаимосвязь и вклад в конечную эффективность профессиональной деятельности. Так же, аналогичным же образом, можно рассмотреть более высокий уровень агрегирования для элемента «предмет труда» базовой структурной триады Ф, перейдя к термину «внешняя среда», которая может включать в себя окружающую среду, технологическое поле проведения лесозаготовительных операций, сам предмет труда и иных участников технологического процесса.
Рис. 2. Структура целей
Решения по уровню агрегирования элементов системного описания, ранжированию значимых параметров, выявлению внутренних связей лежат исключительно на эксперте. Это, в свою очередь, и определяет вероятность появления ошибок в описании, так как совершенно невозможно представить объективное описание объекта, исключая фактор субъективного восприятия эксперта.
Результаты исследования и их обсуждение
Представленный подход на основе анализа системных триад позволяет сформировать системное описание объекта и представить его концептуальную модель через некоторые элементарные модели системы знаний, в качестве которых и выступают представленные триады. Это позволяет получить полное описание, системы, описание переходов объекта и одного состояния в другое, исключить системные ошибки при проектировании новых систем.
Формализацию критерия эффективности при этом считаем возможной исключительно в терминах предметной области и самой концептуальной модели. Раскрытие эффективности как конечной цели, через дерево целей (подцелей) и элементарных действий, позволяет сформировать дерево эффективности, учитывающее множество критериев.
При этом прибыль также может выступать в качестве обобщенного показателя эффективности, в том числе и посредством декомпозиции на частные показатели, позволяющие давать оценку эффективности технологий лесозаготовительных работ и выбора схем технологических операций для конкретных условий эксплуатации по физическим, экологическим и экономическим блокам критериев. Это позволит найти некоторое компромиссное сочетание значений частных критериев при обеспечении целеполагания.
Кроме того, данный подход может быть успешно использован и для поиска новых знаний. Методологию построения системных триад активно используют для системного динамического моделирования и управления сложными объектами [22], исследования систем управления предприятиями [23], управления качеством технологических услуг [24]. Системные триады удобны для представления системного описания сложно формализованных объектов, например описания этапов операторской деятельности и формализации концептуальной модели «оператор – лесная машина – технологическая среда» [25].
Безусловно, данный подход не лишен и некоторых недостатков. Так, абсолютно очевидно, что можно использовать различный уровень конкретизации каждой триады. Например, множество Str (множество структур) можно раскладывать более подробно: «структуры – системы – варианты конструкций – конструкции». При этом увеличение уровня детализации может привести к усложнению системы и так называемому «комбинаторному взрыву», что помимо увеличения сложности системного описания может привести к появлению малозначимых внутренних и внешних связей, «размывающих» само системное описание.
С другой стороны, сам по себе эвристический алгоритм не предполагает нахождения гарантированно точного решения.
Кроме того, для обеспечения достоверности описания системы предполагается доступность знаний для эксперта, а также наличие у него личностного знания, подобного опыта и даже интуиции. В этих условиях целесообразно использовать автоматизированные способы анализа предметной области и разработки онтологий [26, 27]. По мере накопления знаний в предметной области и их формализации описание становится более точным, а грубые ошибки могут быть выявлены и устранены.
При этом абсолютно очевидно, что описанный подход можно использовать для составления системного описания фактически любых объектов, в том числе и совершенно не связанных с лесозаготовительными системами. В этом случае изменению подвергнутся элементы множеств, представляющих описание, сама же структура системных триад останется неизменной.
Заключение
На основании вышеизложенного следует отметить, что основой формализации критерия эффективности любого исследуемого объекта является представление системного описания данного объекта. Формализация системного описания в виде структур, связей и развития позволяет перейти от абстрактного представления к представлению в виде концептуальной модели. При этом уже на этих уровнях в модель закладываются элементы субъективизма и неполноты. Модель теряет в точности и достоверности, но приобретает некоторую универсальность.
В рамках данного подхода предложено представлять системное описание через систему двух триад – структурной и динамической триады, связанных общей вершиной целеполагания. Показано раскрытие данных триад в части уточнения системного описания, переход от динамической триады к дереву целей.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-29-01576, https://rscf.ru/project/22-29-01576/ по тематике «Методология проектирования интеллектуальных средств оценки, контроля и управления качеством работы операторов лесозаготовительных машин».